固溶熱處理對GH3535合金組織和性能的影響

熔鹽堆（moltensaltreactor，MSR）因其固有的本征安全性和高的熱效率等優點受到越來越多研究者的關注。在熔鹽堆中，包括壓力容器、熱交換管等在內的結構材料處于熔鹽腐蝕、高溫和輻照交互作用的苛刻環境之下，因此結構材料是熔鹽堆研發過程中的一個非常突出的技術難題。20世紀60年代橡樹嶺國家實驗室專門為熔鹽堆研發過一種固溶強化的Ni-17Mo-7Cr基高溫合金（HastelloyN/GH3535），該合金能夠基本滿足熔鹽堆結構材料在抗熔鹽腐蝕和強度方面的要求。

眾多研究發現該系列合金的性能與合金中的晶粒尺寸和碳化物數量密切相關，控制合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的數量對合金性能至關重要。改變合金中Si、C等元素可以調整合金的晶粒尺寸和M6C碳化物的數量。然而固溶熱處理可以在不改變合金成分的前提下實現上述目標，以達到合金性能的優化。因此，科研人員以熱軋態GH3535合金作為合金對象，系統地研究不同的固溶熱處理溫度和時間對GH3535合金組織和性能的影響。

研究中用GH3535合金的化學成分（質量分數，%）為：Ni70.56，Mo17.34，Cr7.01，Fe3.92，Mn0.6，Si0.45，Al0.021，Ti0.002，Co0.004，C0.055。該合金采用真空感應熔煉成20kg的鑄錠。將鑄錠鍛造成30mm×30mm矩形截面的棒材，然后再軋成直徑16mm的圓棒材。對熱軋態合金進行固溶熱處理，條件分別為1177℃，20min；1177℃，40min；1177℃，60min；1220℃，40min和1260℃，40min。固溶處理過程是先將爐溫升至目標溫度，隨后放入試樣，保溫預定時間后，取出樣品進行水淬。對固溶熱處理后的樣品進行金相制樣，利用AZtec分析軟件對EBSD數據進行分析，以獲得合金組織中的M6C碳化物的面積分數和晶粒尺寸，并進行性能測試。試驗結果如下：

（1）熱軋態GH3535合金經過固溶熱處理后碳化物數量與晶粒尺寸同時發生變化，碳化物抑制晶粒長大。隨著固溶溫度從1177℃增加到1260℃，晶粒尺寸顯著增加，碳化物數量顯著減少并由鏈狀分布轉為彌散分布；在固溶溫度1177℃隨著保溫時間20min增加到60min，在20min前合金發生完全再結晶，碳化物數量沒有明顯變化，超過40min后晶粒尺寸沒有顯著改變，但碳化物數量開始減少。

（2）合金的硬度和拉伸強度在1177℃隨著保溫時間增加而降低，保溫20min后其隨保溫時間變化趨于平緩；隨著固溶處理溫度從1177℃增加到1260℃，合金的硬度和抗拉強度逐漸降低。

（3）晶粒尺寸和碳化物數量協同影響合金斷裂延伸率。合金延伸率在1177℃隨著保溫時間增加而增加，保溫40min后其隨保溫時間變化趨于平緩；隨著固溶處理溫度從1177℃增加到1260℃，合金的延伸率逐漸增加。